CN107325813B - 一种蓝绿色荧光材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝绿色荧光材料，其化学式为：MgO:xV2O5:ySiO2，其中，0＜x≤0.002，0≤y≤0.008。本发明蓝绿色荧光材料以MgO为基质，单掺V2O5或共掺V2O5和SiO2，也就是说以V5+离子为激活离子，以Si4+离子为共激活离子，相应的发光材料在470‑520nm的波长范围内均有发射，发射最高峰值均在500nm附近，表现为蓝绿光发射，获得良好的蓝绿色荧光材料。

Description

一种蓝绿色荧光材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及荧光材料领域，具体地说涉及一种蓝绿色荧光材料及其制备方法。
背景技术
白光发光二极管(W-LED)现以其发光效率高、稳定性强、节能、绿色环保以及寿命长等特点逐渐取代白炽灯和汞灯成为第四代照明光源。目前，实现白光LED的主要方法有蓝光芯片激发黄色荧光粉合成白光，紫外-近紫外光芯片激发三基色荧光粉产生白光。随着紫外光芯片的发展，用紫外-近紫外光芯片+三基色荧光粉制备白光LED的研究更广泛，而且该方法制备的白光LED显色性和可调性较前者更高。
现有的三基色荧光粉材料体系包括稀土离子掺杂的硫化物体系，硅酸盐体系，磷酸盐，铝酸盐体系等。这些材料中，均含有大量稀土元素，这些稀土原料在制备过程中有的具有毒性，有的价格高昂，对环境造成一定压力。相比较而言，过渡金属离子激活的发光材料原料廉价易得，因此，如何实现稀土替代成为当前研究热点。
此外，在紫外激发区，如果同一种材料在蓝色和绿色波段均可实现宽带发射，则可以降低LED在衰减过程中的变色问题；而且LED材料在单一激发光源下，如果在可见波段发射波段越宽，则材料的显色性越好。因此，寻找能够满足白光LED制备条件的宽带发射的蓝绿色荧光粉材料已成为研究白光LED的热点，对LED产业的发展具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在紫外光激发下产生发光强度高、在蓝色和绿色发射帯域宽，不含有稀土的蓝绿色荧光材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种蓝绿色荧光材料，其化学式为：MgO:xV2O5:ySiO2，其中，0＜x≤0.002，0≤y≤0.008。
x为V2O5在材料组分中所占的摩尔含量；y为SiO2在材料组分中所占的摩尔含量。
进一步地，x取值0.0005～0.001。
所述蓝绿色荧光材料的制备方法，包括以下步骤：按化学式MgO:xV2O5:ySiO2中的摩尔比例称取原料并混合均匀，然后在空气气氛或者弱氧化气氛中进行煅烧，冷却后即得所述蓝绿色荧光材料。
进一步地，煅烧包括先在800～900℃下保温1～2h，再在1200～1300℃下保温4～5h。
本发明的有益效果体现在：
1.本发明蓝绿色荧光材料以MgO为基质，单掺V2O5或共掺V2O5和SiO2，也就是说以V5 +离子为激活离子，以Si4+离子为共激活离子，相应的发光材料在470-520nm的波长范围内均有发射，发射最高峰值均在500nm附近，表现为蓝绿光发射，获得良好的蓝绿色荧光材料。
2.本发明蓝绿色荧光材料为V2O5和SiO2共掺杂时，所得到的荧光材料在一波段均可被高效激发，并且共掺SiO2的发光强度较单掺V2O5均得到明显提高。
3.本发明蓝绿色荧光材料的制备方法是在空气气氛或者弱氧化气氛中进行，不需要还原性气氛，因此大大降低了对生产设备的要求及成本，还提高了生产过程中的安全性另外，本发明原料无需合成，廉价易得，具有潜在的市场应用价值和较强的竞争力。
附图说明
图1为MgO的标准PDF卡对应的XRD图谱与本发明实施例1制备的蓝绿色荧光材料的XRD图谱的对比图。
图2为本发明实施例1制备的蓝绿色荧光材料在500nm波长监测下的激发光谱。
图3为本发明实施例1制备的蓝绿色荧光材料的发射光谱。
图4为本发明实施例1,2,3,4制备的MgO单掺杂V2O5和V2O5，SiO2共掺的蓝绿色荧光材料的发射光谱对比图。
图5为本发明实施例5,6,7,8制备的MgO单掺杂V2O5和V2O5，SiO2共掺的蓝绿色荧光材料的发射光谱对比图。
具体实施方式
下面将结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
蓝绿色荧光材料，其化学式为：Mg0.998O:0.001V2O5，制备方法包括以下步骤：
按上述化学式比例称取原料MgO和V2O5放入到玛瑙研钵中，充分研磨使之粉碎混合均匀得到混合料，然后将混合料放入到刚玉柑锅中，置于管式炉中锻烧，在800℃下保温1h，，再从800℃升温至1200℃，在1200℃下保温4h，整个锻烧过程在空气气氛中进行，保温结束后冷却至室温，然后取出研磨至粒径达到3-60μm，得到MgO基质的蓝绿色荧光材料成品。
从图2可以看出，本实施例制得的蓝绿色荧光材料的激发峰位于300nm，紫外光波段可有效激发。
从图3可以看出，本实施例制得的蓝绿色荧光材料的发射峰位于490-510nm范围内，最高峰值在500nm附近，为蓝绿光发射，发射强度最高在780a.u。
另外，从图1可以看出，本实施例制得的蓝绿色荧光材料和纯的MgO吻合很好，结晶性能好，表明掺杂并未改变MgO的晶体结构。
由于掺杂量比较少，其他实例制备的蓝绿色荧光材料的XRD图与实例1相同，所以不做赘述。
实施例2
蓝绿色荧光材料，其化学式为：Mg0.994O:0.001V2O5:0.004SiO2，制备方法包括以下步骤：
按上述化学式比例称取原料MgO和V2O5放入到玛瑙研钵中，充分研磨使之粉碎混合均匀得到混合料，然后将混合料放入到刚玉柑锅中，置于管式炉中锻烧，在800℃下保温1h，再从800℃升温至1200℃，在1200℃下保温4h，整个锻烧过程在空气气氛中进行，保温结束后冷却至室温，然后取出研磨至粒径达到3-60μm，得到MgO基质的蓝绿色荧光材料成品。
从图4可以看出，本实施例制得的蓝绿色荧光材料的发射峰位于480-520nm范围内，最高峰值在500nm附近，为蓝绿光发射，发射强度最高在2700a.u。
实施例3
蓝绿色荧光材料，其化学式为：Mg0.994O:0.001V2O5:0.006SiO2，制备方法包括以下步骤：
按上述化学式比例称取原料MgO和V2O5放入到玛瑙研钵中，充分研磨使之粉碎混合均匀得到混合料，然后将混合料放入到刚玉柑锅中，置于管式炉中锻烧，在850℃保温1.5h，再从850℃升温至1250℃，在1250℃下保温4.5h，整个锻烧过程在空气气氛中进行，保温结束后冷却至室温，然后取出研磨至粒径达到3-60μm，得到MgO基质的蓝绿色荧光材料成品。
从图4可以看出，本实施例制得的蓝绿色荧光材料的发射峰位于470-510nm范围内，最高峰值在500nm附近，为蓝绿光发射，发射强度最高在3000a.u。
实施例4
蓝绿色荧光材料，其化学式为：Mg0.994O:0.001V2O5:0.008SiO2，制备方法包括以下步骤：
按上述化学式比例称取原料MgO和V2O5放入到玛瑙研钵中，充分研磨使之粉碎混合均匀得到混合料，然后将混合料放入到刚玉柑锅中，置于管式炉中锻烧，在900℃下保温1h，再从900℃升温至1300℃，在1300℃下保温5h，整个锻烧过程在空气气氛中进行，保温结束后冷却至室温，然后取出研磨至粒径达到3-60μm，得到MgO基质的蓝绿色荧光材料成品。
从图4可以看出，本实施例制得的蓝绿色荧光材料的发射峰位于470-520nm范围内，最高峰值在500nm附近，为蓝绿光发射，发射强度最高在900a.u左右。
图4为单掺0.1at％的V2O5，0.1at％的V2O5分别和0.4at％，0.6at％，0.8at％的SiO2共掺的强度比较图，从图4可以看出0.1at％的V2O5和0.6at％的SiO2共掺的增强效果最好，而再增加SiO2的掺杂浓度时增强效果反而下降，所以最佳增强效果的掺杂浓度为0.6at％。
实施例5
蓝绿色荧光材料，其化学式为：Mg0.999O:0.0005V2O5，制备方法包括以下步骤：
按上述化学式比例称取原料MgO和V2O5放入到玛瑙研钵中，充分研磨使之粉碎混合均匀得到混合料，然后将混合料放入到刚玉柑锅中，置于管式炉中锻烧，在800℃下保温1h，再从800℃升温至1200℃，在1200℃下保温4h，整个锻烧过程在空气气氛中进行，保温结束后冷却至室温，然后取出研磨至粒径达到3-60μm，得到MgO基质的蓝绿色荧光材料成品。
从图5可以看出，本实施例制得的蓝绿色荧光材料的发射峰位于490-510nm范围内，最高峰值在500nm附近，为蓝绿光发射，发射强度最高在500a.u左右。
实施例6
蓝绿色荧光材料，其化学式为：Mg0.995O:0.0005V2O5:0.004SiO2，制备方法包括以下步骤：
按上述化学式比例称取原料MgO和V2O5放入到玛瑙研钵中，充分研磨使之粉碎混合均匀得到混合料，然后将混合料放入到刚玉柑锅中，置于管式炉中锻烧，在800℃下保温1h，再从800℃升温至1200℃，在1200℃下保温4h，整个锻烧过程在空气气氛中进行，保温结束后冷却至室温，然后取出研磨至粒径达到3-60μm，得到MgO基质的蓝绿色荧光材料成品。
从图5可以看出，本实施例制得的蓝绿色荧光材料的发射峰位于480-520nm范围内，最高峰值在500nm附近，为蓝绿光发射，发射强度最高在1300a.u左右。
实施例7
蓝绿色荧光材料，其化学式为：Mg0.993O:0.0005V2O5:0.006SiO2，制备方法包括以下步骤：
按上述化学式比例称取原料MgO和V2O5放入到玛瑙研钵中，充分研磨使之粉碎混合均匀得到混合料，然后将混合料放入到刚玉柑锅中，置于管式炉中锻烧，在850℃保温1.5h，再从850℃升温至1250℃，在1250℃下保温4.5h，整个锻烧过程在空气气氛中进行，保温结束后冷却至室温，然后取出研磨至粒径达到3-60μm，得到MgO基质的蓝绿色荧光材料成品。
从图5可以看出，本实施例制得的蓝绿色荧光材料的发射峰位于470-510nm范围内，最高峰值在500nm附近，为蓝绿光发射，发射强度最高在1700a.u左右。
实施例8
蓝绿色荧光材料，其化学式为：Mg0.991O:0.0005V2O5:0.008SiO2，制备方法包括以下步骤：
按上述化学式比例称取原料MgO和V2O5放入到玛瑙研钵中，充分研磨使之粉碎混合均匀得到混合料，然后将混合料放入到刚玉柑锅中，置于管式炉中锻烧，在900℃下保温2h，升再从900℃升温至1300℃，在1300℃下保温5h，整个锻烧过程在空气气氛中进行，保温结束后冷却至室温，然后取出研磨至粒径达到3-60μm，得到MgO基质的蓝绿色荧光材料成品。
从图5可以看出，本实施例制得的蓝绿色荧光材料的发射峰位于470-520nm范围内，最高峰值在500nm附近，为蓝绿光发射，发射强度最高在700a.u左右。
图5为单掺0.05at％的V2O5，0.005at％的V2O5分别和0.4at％，0.6at％，0.8at％的SiO2共掺的强度比较图，从图5可以看出0.05at％的V2O5和0.6at％的SiO2共掺的增强效果最好，而再增加SiO2的掺杂浓度时增强效果反而下降，所以最佳增强效果的掺杂浓度为0.6at％。
从图4和图5的强度比较图得出V2O5的掺杂量为0.1at％和0.05at％时，SiO2掺杂浓度为0.6at％时，增强效果均为最佳。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种蓝绿色荧光材料，其化学式为：MgO:xV2O5:ySiO2，其中，0＜x≤0.002，0.004≤y≤0.008。
2.如权利要求1所述的蓝绿色荧光材料，其特征在于，x取值0.0005～0.001。
3.如权利要求1或2所述的蓝绿色荧光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按化学式MgO:xV2O5:ySiO2中的摩尔比例称取MgO、V2O5、SiO2原料并混合均匀，然后在空气气氛或者弱氧化气氛中进行煅烧，冷却后即得所述蓝绿色荧光材料。
4.如权利要求3所述的蓝绿色荧光材料的制备方法，其特征在于，煅烧包括先在800～900℃下保温1～2h，再在1200～1300℃下保温4～5h。
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